第一章压力容器

1、化工容器与设备化工容器与设备主讲人：刘海燕班级：10应化1、2、3概概 述述学习目标学习目标1.了解化工容器与设备的基本知识了解化工容器与设备的基本知识2.掌握化工容器的基本结构和分类掌握化工容器的基本结构和分类3.了解化工设备选用的标准了解化工设备选用的标准化工设备的基本知识化工设备的基本知识一、概念一、概念任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求，将原料经过一生产技术和按照特定的工艺要求，将原料经过一系列物理或化学加工处理后得到的。这一系列加系列物理或化学加工处理后得到的。这一系列加工处理的步骤称为工处理的步骤称为化工

2、生产过程化工生产过程。化工设备的基本知识化工设备的基本知识化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关。化工机械通常分为化工设备和化工机器两装备密切相关。化工机械通常分为化工设备和化工机器两大类，化工设备指静止设备，如各种容器（反应容器、储大类，化工设备指静止设备，如各种容器（反应容器、储存容器、分离容器等）、塔器、换热器等；化工机器指动存容器、分离容器等）、塔器、换热器等；化工机器指动设备，如各种压缩机、泵等。本书主要介绍化工设备。设备，如各种压缩机、泵等。本书主要介绍化工设备。化工设备的基本知识化工设备的基本知识实现某种化

3、工生产过程，就需要有相应的机器实现某种化工生产过程，就需要有相应的机器和设备。如：对物料进行混合、分离、加热和和设备。如：对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分离设备、离设备、传热传热和和反应设备反应设备；化工设备的基本知识化工设备的基本知识对流体进行输送，就需要有管道、阀门对流体进行输送，就需要有管道、阀门和和储存设备储存设备等。等。 化工机器及设备是实现化工生产的重要化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工具，没有相应的机器和设备，任何化工生产过程都将无法实现。工生产过程都将无法实现。化工设

4、备的特点化工设备的特点 功能原理多样化功能原理多样化 外壳多为压力容器外壳多为压力容器 化工化工机械机械电气一体化电气一体化 设备结构大型化设备结构大型化化工设备的应用化工设备的应用化工设备不仅用于化工和炼油生产中，而化工设备不仅用于化工和炼油生产中，而且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交通等工业部门也有着广泛的应用。通等工业部门也有着广泛的应用。 化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求一、化工生产的特点一、化工生产的特点 1、生产的连续性强、生产的连续性强 为了提高生产效率，节约成本，化工为了提高生产效率，节约成本，化工生产过程一般采用连

5、续的工艺流程。生产过程一般采用连续的工艺流程。 2、生产条件的苛刻性、生产条件的苛刻性 化工生产的特点：高温、高压、易燃、化工生产的特点：高温、高压、易燃、易爆、剧毒、强腐蚀性等。易爆、剧毒、强腐蚀性等。化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求 3、生产原理的多样性、生产原理的多样性 4、生产技术含量高、生产技术含量高 专业复合化、机电一体化的发展势态。专业复合化、机电一体化的发展势态。化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求二、化工生产对化工设备的基本要求简二、化工生产对化工设备的基本要求简单地说：单地说：既安全又经济既安全又经济（一）安全性能要求（一）安全性

6、能要求 足够的强度足够的强度抵抗破坏能力抵抗破坏能力 良好的韧性良好的韧性断裂前吸收变形能量断裂前吸收变形能量的能力的能力化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求 足够的刚度和抗失稳能力足够的刚度和抗失稳能力抵抗抵抗变形能力和保持原有平衡状态的能力变形能力和保持原有平衡状态的能力 良好的抗腐蚀性良好的抗腐蚀性金属与周围介金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏质发生化学或电化学作用而引起的破坏 可靠的密封性可靠的密封性防止介质泄漏的防止介质泄漏的能力。能力。化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求（二）工艺性能要求二）工艺性能要求 工艺指标：如储罐的储存量

7、、换热器的传热量、工艺指标：如储罐的储存量、换热器的传热量、反应器的反应速率、塔设备的传质效率等。反应器的反应速率、塔设备的传质效率等。 生产效率高、消耗低生产效率高、消耗低 化工设备的生产效率用化工设备的生产效率用单位时间内单位体积（或面积）所完成的生产任单位时间内单位体积（或面积）所完成的生产任务来衡量。消耗是指生产单位质量或体积产品所务来衡量。消耗是指生产单位质量或体积产品所需要的资源（如原料、燃料、电能等）。需要的资源（如原料、燃料、电能等）。化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求（三）使用性能要求三）使用性能要求 结构合理、制造简单结构合理、制造简单 运输与安装方便

8、运输与安装方便 操作、控制、维护简便操作、控制、维护简便化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求（四）经济性能要求四）经济性能要求 在满足安全性、工艺性、使用性的前提下，应在满足安全性、工艺性、使用性的前提下，应 尽量尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行，以获得较好的经济效益。备在使用期内安全运行，以获得较好的经济效益。（五）环境保护要求（五）环境保护要求压力容器的概念压力容器的概念化工容器：化工生产所用化工设备外部壳体的总化工容器：化工生产所用化工设备外部壳体的总称。称。容器内许多化学反应

9、需在加压的条件下进行，由容器内许多化学反应需在加压的条件下进行，由于化工容器几乎都承受压力载荷，故通常直接成于化工容器几乎都承受压力载荷，故通常直接成为为压力容器压力容器。即为。即为一个能承受压力载荷且容积达一个能承受压力载荷且容积达到一定数值的密闭壳体到一定数值的密闭壳体。如所有过程装备的壳体、航天器与潜艇的壳如所有过程装备的壳体、航天器与潜艇的壳体体; 水压机的液压缸；压缩机的储罐；发酵水压机的液压缸；压缩机的储罐；发酵罐；锅炉，核电站核容器；液化石油气罐等罐；锅炉，核电站核容器；液化石油气罐等化工容器结构与分类化工容器结构与分类n 一、化工容器的基本结构化工容器的基本结构化工容器的基本结

10、构化工容器一般由化工容器一般由筒体、封头、支座筒体、封头、支座（基本件）、（基本件）、接管、法接管、法兰兰（对外连接件）、（对外连接件）、人孔、手孔、液面计人孔、手孔、液面计（安全附件）以（安全附件）以及一些内构件等零部件组成。及一些内构件等零部件组成。1筒体、封头筒体、封头：就如同房子四周的墙，它是构成容器空：就如同房子四周的墙，它是构成容器空间的主要部件（属主要受压元件）。壳体按形状的不同，间的主要部件（属主要受压元件）。壳体按形状的不同，可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等。而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、

11、壳体等等。而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头及平板封头等。锥形封头及平板封头等。2接管接管：是介质进出容器的通道。：是介质进出容器的通道。化工容器的基本结构化工容器的基本结构3法兰法兰：是容器及接管的可拆连接装置，分为设备法兰：是容器及接管的可拆连接装置，分为设备法兰和管法兰（属主要受压元件）。和管法兰（属主要受压元件）。4支座支座：是用于支承容器的部件。：是用于支承容器的部件。5人孔、手孔人孔、手孔：是为便于制造、检验和维护管理而设置：是为便于制造、检验和维护管理而设置的部件（属主要受压元件）。的部件（属主要受压元件）。6液面计液面计：用于观察或监控液位的部件（属安全附件，：

12、用于观察或监控液位的部件（属安全附件，此外还有安全阀、压力表等）。此外还有安全阀、压力表等）。压力容器的分类压力容器的分类（一）按承压性质（压力等级）分（一）按承压性质（压力等级）分按承压方式分类，化工容器可分为内压容器（按承压方式分类，化工容器可分为内压容器（ ） 外压容器（外压容器（ ）；）；内压容器又可按设计压力大小分为四个压力等级内压容器又可按设计压力大小分为四个压力等级常压容器常压容器 p 0.1MPa ；低压容器低压容器 （代号（代号 L） 0.1MPa p 1.6MPa；中压容器（代号中压容器（代号M） 1.6 MPa p 10 MPa；高压容器高压容器 （代号（代号H） 10

13、MPa p 100 MPa；超高压容器超高压容器 （代号（代号U） p 100 MPa。pp外内pp外内压力容器的分类压力容器的分类（二）按工艺过程中的作用不同分（二）按工艺过程中的作用不同分 反应容器（代号反应容器（代号R）主要是用于完成介质的物理、化）主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器。如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸学反应的容器。如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。压釜、煤气发生炉等。 换热容器（代号换热容器（代号E）主要是用于完成介质热量交换的）主要是用于完成介质热量交换的容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、

14、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。蒸发器、加热器等。 分离容器（代号分离容器（代号S）主要是用于完成介质流体压力平）主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。如分离器。过滤器、蒸发衡缓冲和气体净化分离的容器。如分离器。过滤器、蒸发器、集油器、缓冲器、干燥塔等。器、集油器、缓冲器、干燥塔等。 储存容器（代号储存容器（代号C，其中球罐代号，其中球罐代号B）主要是用于储）主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。如液氨储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。罐、液化石油气储罐等。压力容器的分类压力容器的分类（三）按相对壁厚分（三）按相对壁厚

15、分 按容器的壁厚可分为薄壁容器和厚壁容器，按容器的壁厚可分为薄壁容器和厚壁容器， 称为薄壁容器称为薄壁容器 称厚壁容器。称厚壁容器。 (Do外径外径 ， Di内径）内径） （四）按支承形式分（四）按支承形式分 当容器采用立式支座支承时叫立式容器，用卧式支座支当容器采用立式支座支承时叫立式容器，用卧式支座支承时叫卧式容器。承时叫卧式容器。0/1.2iDD 0/1.2iDD 压力容器的分类压力容器的分类（五）按材料分（五）按材料分 当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金属材料制当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金属材料制成时，叫非金属容器。成时，叫非金属容器。 （六）按几何形状分（六）按几何

16、形状分 按容器几何形状，可分为圆筒形、球形、椭圆形、锥形、按容器几何形状，可分为圆筒形、球形、椭圆形、锥形、矩形、方形等容器。矩形、方形等容器。压力容器的分类压力容器的分类（七）按安全技术监察规程分（七）按安全技术监察规程分 压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程采用既考虑容采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品种的综合分类方法，有利于安全技术监及容器品种的综合分类方法，有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类。督和管理。该方法将压力容器分为三类。压力容器的分类压力容器的分类1第三类压力容器第三类压力容器 具

17、有下列情况之一的为第三类压力容器。具有下列情况之一的为第三类压力容器。 高压容器；高压容器； 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且且pV乘积大于等于乘积大于等于10 MPam； 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且且PV乘积大于等于乘积大于等于05 MPam； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于乘积大于等于

18、02 MPam。压力容器的分类压力容器的分类高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于于等于540MPa）的材料制造的压力容器；）的材料制造的压力容器；移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车车、低温液体移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车车、低温液体运输车、永久气体运输车和罐式集装箱等；运输车、永久气体运输车和罐式集装箱等； 球形储罐（容积大于等于球形储罐（容积大于等于50 m3）；）； 低温液体储存容器（容积大于低温液体储存容器（容积大

19、于 5 m3）。）。压力容器的分类压力容器的分类2第二类压力容器第二类压力容器 具有下列情况之一的为第二类压力容器。具有下列情况之一的为第二类压力容器。 中压容器；中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；度为中度危害介质）； 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉； 低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。压力容器的分类压力容器的分类3第一类压力容器第一类压力容器 除上述规定以外的低压容器为第一除上述规定以外的低压

20、容器为第一类压力容器。类压力容器。小结小结化工设备的概念、特点及应用；化工设备的概念、特点及应用；化工生产对化工设备的基本要求；化工生产对化工设备的基本要求；压力容器的概念及基本结构；压力容器的概念及基本结构；压力容器的分类。压力容器的分类。任务训练任务训练1、指出压力容器主要零部件的名称。、指出压力容器主要零部件的名称。2、理解各组成部分的作用。、理解各组成部分的作用。3、简述压力容器按、简述压力容器按容规容规进行分类的方进行分类的方法。法。4、按不同的分类方法确定容器的种类：内、按不同的分类方法确定容器的种类：内径径1400mm，壁厚，壁厚8mm，工作温度，工作温度（1005），工作压力，

21、工作压力2.6MPa。 第三节化工容器与设备有关标准规范简介第三节化工容器与设备有关标准规范简介n一、常用材料标准一、常用材料标准n 1钢板钢板n 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带（及钢带（GB 91289）n 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带（和钢带（GB 327488）n (3) 不锈钢热轧钢板（不锈钢热轧钢板（GB 423792）n (4) 压力容器用钢板（压力容器用钢板（GB 66541996）n 2.钢管钢管n (1) 输送流体用无缝钢管（输送流体用无缝钢管（GB 816387）n (2) 石油裂化用

22、无缝钢管（石油裂化用无缝钢管（GB 994888）n (3) 化肥设备用高压无缝钢管（化肥设备用高压无缝钢管（GB 64798）n （4）高压锅炉用无缝钢管（）高压锅炉用无缝钢管（GB 531085）二、压力容器规范简介二、压力容器规范简介n美国机械工程协会制订的美国机械工程协会制订的锅炉和受压容锅炉和受压容器规范器规范（简称（简称ASME规范）等。美国规范）等。美国ASME规范是世界上制订最早（规范是世界上制订最早（1915）、）、最完备的压力容器规范。最完备的压力容器规范。n1989年制订了有关压力容器的第一部国家年制订了有关压力容器的第一部国家标准标准钢制压力容器钢制压力容器（简称（简称

23、GB 150）。）。 小结小结n本课程性质、内容、任务本课程性质、内容、任务n化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求n化工容器结构与分类化工容器结构与分类n压力容器规范简介压力容器规范简介化工设备常用材料化工设备常用材料学习目标学习目标1.1.掌握常用材料的性能掌握常用材料的性能化工设备常用材料化工设备常用材料n目前化工设备的金属用材主要是碳目前化工设备的金属用材主要是碳钢、合金钢、有色金属及其合金。钢、合金钢、有色金属及其合金。n1 1碳钢：又称非合金钢，碳钢是碳钢：又称非合金钢，碳钢是指含碳量小于指含碳量小于2 21111的铁碳合金的铁碳合金碳钢碳钢n常按含碳量不同分为三

24、类。常按含碳量不同分为三类。n（1 1）低碳钢，含碳量）低碳钢，含碳量 C0.25C0.25，常用钢号有常用钢号有 1010、1515、2020、2525等。等。n（2 2）中碳钢，含碳量）中碳钢，含碳量 0.250.25 C C 0. 600. 60，常用牌号有，常用牌号有3030、3535、4040、4545、5050、5555、6060等，其中以等，其中以4545钢应用最广。钢应用最广。n（3 3）高碳钢，含碳量）高碳钢，含碳量 C 0.60C 0.60，常用的牌号有，常用的牌号有 6060、6565、7070钢。钢。n低碳钢塑性、韧性和焊接型好，但低碳钢塑性、韧性和焊接型好，但强度、硬

25、度不高；高碳钢的强度和强度、硬度不高；高碳钢的强度和硬度均较高，但塑性、韧性和焊接硬度均较高，但塑性、韧性和焊接性差。性差。n优质碳素结构钢的牌号以钢中平均优质碳素结构钢的牌号以钢中平均含碳量的万分数（两位数字）表示。含碳量的万分数（两位数字）表示。n如如 4545表示优质碳素结构钢，平均表示优质碳素结构钢，平均含碳量为万分之四十五，即含碳量为万分之四十五，即 0.450.45。n碳素结构钢有碳素结构钢有 Q195Q195、Q215Q215、 Q235Q235、 Q255Q255、 Q275Q275五个钢种，其中五个钢种，其中 Q235AQ235A钢在化工设备制造中应用广钢在化工设备制造中应用

26、广泛。泛。n见课本见课本P6P6：表：表1-31-3、1-41-4、1-51-5n 2 2合金钢合金钢n合金钢是指在碳钢基础上加入一定合金钢是指在碳钢基础上加入一定量的合金元素所形成的钢种。量的合金元素所形成的钢种。n常加人的元素有常加人的元素有SiSi、MnMn、CrCr、B B、W W、V V、NiNi、TiTi、NbNb、AlAl等。等。 合金钢合金钢(1) “(1) “低合金低合金”是指钢中含有合金是指钢中含有合金元素总量元素总量3 3. . 有有Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460.Q460.见表见表1-61-6 最常用的是最常用的是Q34

27、5Q345钢钢. .合金钢合金钢n例如例如 40Cr钢平均含碳量为万分之钢平均含碳量为万分之四十，即四十，即0.4、平均含、平均含Cr1.5；n 1Cr18Ni9Ti钢平均含碳量为万分钢平均含碳量为万分之一，即之一，即0.01、平均含、平均含Cr18万万分之一分之一 Ni9万分之一。万分之一。 Ti1.5。n（2 2）不锈钢：分为铬不锈钢和铬）不锈钢：分为铬不锈钢和铬镍不锈钢镍不锈钢n CrCr是不锈钢获得耐蚀性的基是不锈钢获得耐蚀性的基本合金元素，一般不锈钢含本合金元素，一般不锈钢含CrCr：11.711.7以上；大多数不锈钢的含以上；大多数不锈钢的含C C量为量为0.10.10.20.2。

28、不锈钢不锈钢 （见表（见表1-7）n铬不锈钢的常用牌号有铬不锈钢的常用牌号有0Cr130Cr13、 1Cr131Cr13、 1Cr17 4Cr131Cr17 4Cr13、 1Crl71Crl7、8Crl78Crl7等。等。n铬镍不锈钢的常用牌号有铬镍不锈钢的常用牌号有 OCr18Ni8OCr18Ni8、1Crl8Ni9Ti1Crl8Ni9Ti等。等。n（3 3）耐热钢与低温钢）耐热钢与低温钢 耐热钢用于耐热钢用于650 650 以上的高温以上的高温环境下工作的设备。耐热钢按耐热环境下工作的设备。耐热钢按耐热要求不同分为抗氧化钢和热强钢两要求不同分为抗氧化钢和热强钢两类。类。耐热钢与低温钢耐热钢

29、与低温钢n抗氧化钢主要能抗高温氧化，但强抗氧化钢主要能抗高温氧化，但强度并不高，常用作直接着火但受力度并不高，常用作直接着火但受力不大的部件，如热裂解管、热交换不大的部件，如热裂解管、热交换器等。器等。耐热钢与低温钢耐热钢与低温钢n热强钢主要能抗蠕变，也有一定的热强钢主要能抗蠕变，也有一定的抗氧化能力，常用做高温下受力的抗氧化能力，常用做高温下受力的零部件。常用牌号有零部件。常用牌号有1Cr131Cr13、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr5M1Cr5M。1CrllMoV1CrllMoV等。等。3有色金属有色金属n（1 1）铜及其合金）铜及其合金 铜在各种浓的硝酸、氨和铵盐溶铜在

30、各种浓的硝酸、氨和铵盐溶液中的耐蚀性差，但对稀的硫酸、亚液中的耐蚀性差，但对稀的硫酸、亚硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸及其他非硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸及其他非氧化性酸等介质的耐腐蚀性较好。氧化性酸等介质的耐腐蚀性较好。 纯纯铜（紫铜）主要用于制造有机合成和铜（紫铜）主要用于制造有机合成和有机酸工业上的蒸发器、蛇管等。有机酸工业上的蒸发器、蛇管等。铜及其合金铜及其合金n铜合金按主要合金元素的种类分为黄铜合金按主要合金元素的种类分为黄铜、青铜等，黄铜是以铜、青铜等，黄铜是以锌锌为主要合金为主要合金元素的铜合锌金；元素的铜合锌金；Cu-ZnCu-Zn合金（黄铜）合金（黄铜）由于其价格低，锌质量分数小于由于

31、其价格低，锌质量分数小于45%45%是是又具有良好的压力加工性和较好的力又具有良好的压力加工性和较好的力学性能，耐蚀性与铜相似，特别是在学性能，耐蚀性与铜相似，特别是在大气中耐蚀性要比铜好，在化工设备大气中耐蚀性要比铜好，在化工设备上应用很广。上应用很广。 铜及其合金铜及其合金n青铜是以锌以外的其他元素为主要青铜是以锌以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。以锡为主要合合金元素的铜合金。以锡为主要合金元素的青铜称为锡青铜，以锡以金元素的青铜称为锡青铜，以锡以外的其他元素为主要合金元素的青外的其他元素为主要合金元素的青铜称为无锡青铜。铜称为无锡青铜。铜及其合金铜及其合金n如：如：ZCuSn10Zn2 ZCuSn10Z